DE102021122128A1

DE102021122128A1 - Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, Verfahren zur Herstellung des Stators sowie elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE102021122128A1
Application number: DE102021122128.5A
Authority: DE
Inventors: Ivo Agner; Aurelie Keller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, ein Verfahren zu Herstellung des Stators sowie die elektrische Rotationsmaschine selbst. Der Stator (1) umfass ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch (10) und in Umfangsrichtung (13) verteilte, vom Statorjoch (10) ausgehende und in einer ersten Erstreckungsrichtung (14) sich radial erstreckende sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung (15) sich axial erstreckende Statorzähne (20), sowie zwischen den Statorzähnen (20) mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten (21) zur Aufnahme von Wicklungen (22), wobei der Stator (1) in radialer Richtung in Statorjoch (10) und Statorzähne (20) segmentiert ausgeführt ist und ein jeweiliger Statorzahn (20) formschlüssig und kraftschlüssig am Statorjoch (10) fixiert ist.Mit dem hier vorgeschlagenen Stator wird eine Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, der eine einfache und kostengünstige Montage mit einer langen Lebensdauer vereint.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, ein Verfahren zu Herstellung des Stators sowie die elektrische Rotationsmaschine selbst.
Elektrische Rotationsmaschinen sind in vielfältigen Ausgestaltungen für unterschiedlichste Anwendungsfälle bekannt, wobei sie in erster Linie als Antriebsaggregate dienen, oder auch als Generatoren betrieben werden.
Sie umfassen jeweils einen Stator und diesbezüglich drehbar angeordnet einen Rotor. Übliche Ausführungsformen sehen vor, dass sich dabei der Rotor radial innerhalb des Stators befindet bzw. dort drehbar gelagert ist.
An den Stator werden unterschiedliche Anforderungen gestellt. So muss der Stator das von der elektrischen Rotationsmaschine erzeugte Drehmoment abstützen bzw. aufnehmen können und an ein Gehäuse oder auch Gestell übertragen können. Üblicherweise bildet dabei der Stator zumindest teilweise auch ein Gehäuse der elektrischen Rotationsmaschine aus, bzw. ist fest an das Gehäuse angeschlossen. Der Stator ist mit einer relativ hohen Genauigkeit zu fertigen, so dass sichergestellt ist, dass ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor ausreichend groß ist, so dass auch bei hohen Drehzahlen des Rotors und wirkenden Fliehkräften keine Kollision zwischen dem Rotor und dem Stator stattfindet. Auf der anderen Seite muss jedoch dieser Luftspalt geringgehalten werden, um einen hohen elektrischen Wirkungsgrad der elektrischen Rotationsmaschine zu erreichen. Die mechanische Befestigung des Stators an einem Gehäuse muss möglichst spannungsfrei realisiert werden, so dass keine Verformungen einzelner Elemente des Status, wie zum Beispiel von Blechen von Blechpaketen des Stators auftreten, die wiederum zu elektrischen Verlusten führen könnten.
In Nuten, die zwischen Zähnen des Stators ausgebildet sind, befinden sich elektrische Leitern in Form von Drahtwicklungen, die mehrere Statorzähne umschlingen. Gegebenenfalls sind diese Wicklungen aus Draht mit den Statorzähnen verklebt oder verklemmt und/ oder mit einem Epoxidharz vollständig vergossen.
Aus der elektromagnetischen Kopplung zwischen Wicklung und Eisen der elektrischen Maschine resultieren im Betrieb der elektrischen Maschine wechselnde Kräfte auf die Wicklung, die das Risiko von Verschleiß oder Ermüdungsverhaltens erhöhen.
Insbesondere mit zunehmender Anwendung elektrischer Rotationsmaschinen als Antriebsaggregate in Kraftfahrzeugen besteht die Anforderung einer kosten- und zeiteffizienten Fertigung.
Die CN209844658U offenbart einen segmentierten Stator, dessen Segmente durch einen Innenring und Außenring gebildet sind. Beide Ringe werden über Schwalbenschwanz-Profilverbindungen in axialen Fügevorgängen zusammen montiert. Dies ermöglich die vorherige Montage bzw. Anordnung von Wicklungen, auch als Kupfermatte bezeichnet, an der radialen Außenseite des Innenrings. Die Segmente sind dabei vollständig aus einem metallischen Werkstoff ausgeführt.
Die DE1488682 A1 offenbart ein aus Zahnkranz und Jochring zusammengesetztes Ständerblechpaket einer elektrischen Maschine. Das Ständerblechpaket besteht aus einem inneren, mit nach außen offenen Nuten versehenen Zahnkranz und einem äußeren, auf die offenen Nuten aufgebrachten magnetischen Jochring. Zahnkranz und Jochring sind durch wendelförmiges Hochkantwickeln je eines Streifens z.B. aus kornorientiertem Blech gebildet. Zwischen Jochring und Zahnkranz ist zur Vermeidung von Blechkurzschlüssen eine Isolierschicht angeordnet.
Dieses Verfahren zur Herstellung von Segmenten eines Stators wird auch als Slinky-Verfahren bezeichnet. Übliche Anwendungen betreffen hauptsächlich sehr große elektrische Rotationsmaschine, wie Generatoren.
DE 10 2018 110 613 A1 offenbart eine Elektromaschine mit einem Stator zum Zusammenwirken mit einem Rotor, wobei der Stator einen Statorring besitzt, wobei der Statorring mehrere Lagen an Zahnkränzen besitzt, wobei jeder Zahnkranz eine Vielzahl an Zahnkranzabschnitten besitzt, wobei pro Lage in einer ersten Menge an Zahnkranzabschnitten die Zahnkranzabschnitte selbst voneinander separat sind und in einer zweiten Menge an Zahnkranzabschnitten mehrere Zahnkranzabschnitte über einen an ihrer radialen Innenseite vorhandenen Verbindungsabschnitt zusammenhängen.
DE 10 2018 110 615 A1 offenbart eine Elektromaschine mit einem Stator, der einen Statorring aufweist, der zur Aufnahme von einer oder mehrerer Wicklungen vorbereitet ist, wobei der Statorring einen Zahnkranz mit Zahnkranzabschnitten aufweist, die in Umfangsrichtung durch nach außen offene Nuten unterteilt sind, wobei die voneinander separaten Zahnkranzabschnitte über jeweils einen plastischen Verformungsabschnitt miteinander verbunden sind. Auch hier können die Windungen des Leitermaterials von radial außen platziert werden.
Üblicherweise ist die Einbringung der Wicklungen in die Nuten bzw. um die Zähne von Statoren mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden, insbesondere, wenn sich die Nuten nach radial innen verjüngen und/oder wenn der Stator nur einen relativ geringen Durchmesser und demzufolge radial innen nur einen kleinen Freiraum aufweist.
Des Weiteren wirken sich die Materialkosten für die Herstellung der Statorbleche gravierend aus. Um den Verschnitt zu minimieren werden gegebenenfalls die Bleche des Stators und des Rotors aus denselben Blechen gestanzt. Zwar hier hat dies durchaus fertigungstechnische Vorteile, jedoch könnten bei Verwendung kostengünstigerer Materialien für den Rotor Kosten minimiert werden.
Die Konzeptionen Fertigung der Statoren ist vorzugsweise derart auszuführen, dass die Wicklungen innerhalb der Nuten durch Übertragung von Wärme auf ein Kühlmedium gekühlt werden können. Hierzu ist es unter anderem bekannt, ein sogenanntes Bandagerohr an die radiale Innenseite des Status dicht anzulegen. Nachteilig daran ist jedoch, dass dadurch der Abstand zwischen den leistungserzeugenden Komponenten des Stators und des Rotors vergrößert wird und entsprechend der Wirkungsgrad verringert wird.
Der DE 10201611225 A1 ist eine Elektromaschine zu entnehmen, mit einem Stator und einem Rotor. Der Stator weist Statorzähne auf, die zwischen sich Nuten zur Aufnahme von Wicklungen ausbilden. Zur Abdichtung der Nuten in Richtung zum Rotor hin ist ein Spaltrohr in den Stator eingesetzt, der bündig an den Statorzähnen an deren radialer Innenseite anliegt. Dieses Spaltrohr ist eine Hülse, welche den Stator auf der Innenseite abdichtet.
Für optimale Performance werden in Hochleistungselektromotoren üblicherweise Wellenwicklungen im Statorkern ausgeführt.
Gegenüber einer Hair-Pin Wicklung weist diese Wicklung den Vorteil der verringerten Anzahl an Schweißstellen und einen geringeren benötigten Bauraum auf.
Allerdings erfordert eine Wellenwicklung eine verhältnismäßig aufwendige Montage, die auch mit Beschädigungsrisiken einer Isolationsschicht des Wicklungsmaterials, welches üblicherweise Kupferdraht ist, verbunden ist. Insbesondere kann es durch mehrmaliges Strecken und/oder expandieren der Drähte zu Beschädigungen des Isolationsmaterials kommen.
Zudem ist es zur Realisierung einer Wellenwicklung notwendig, diese bei einer normalen Innenläufer-Maschine die Wicklungen in Form einer Matte zunächst auf einem Übertagungsdorn zu wickeln. Dieser wird anschließend in dem radial inneren Bereich des Stators gesteckt und die Matten werden durch ein Expandierwerkzeug radial in die Nuten des Stators geschoben. Diese aufgewickelte Matte passt bauraumbedingt nur auf einem Übertragungsdorn einer notwendigen Größe, die es gegebenenfalls erforderlich machen kann, wiederum den Stator mit einer ausreichenden Größe auszugestalten, was in einzelnen Ausführungsformen zu einer unerwünschten Vergrößerung des Luftspalt zwischen Rotor und Stator führen kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine mit dem Stator ausgestattete elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine einfache und kostengünstige Montage des Stators mit einer langen Lebensdauer des Stators kombinieren.
Diese Aufgabe wird durch den Stator einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zu Herstellung des Stators nach Anspruch 10 und durch die elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Stators sind in den Unteransprüchen 2-9 angegeben.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Begriffe radial, axial und Umfangsrichtung beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Drehachse eines Rotors der elektrischen Rotationsmaschine.
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch und in Umfangsrichtung verteilte, vom Statorjoch ausgehende und in einer ersten Erstreckungsrichtung sich radial erstreckende sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung sich axial erstreckende Statorzähne. Zwischen den Statorzähnen befinden sich mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten zur Aufnahme von Wicklungen. Der Stator ist in radialer Richtung in Statorjoch und Statorzähne segmentiert ausgeführt, wobei ein jeweiliger Statorzahn formschlüssig und kraftschlüssig am Statorjoch fixiert ist.
Die zweite Erstreckungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung.
Das bedeutet, dass zusätzlich zu einem Formschluss ein Kraftschluss in der mechanischen Verbindung des Statorjochs mit den Statorzähnen realisiert ist.
Der Stator ist demzufolge in radialer Richtung segmentiert bzw. unterteilt, und nicht in Umfangsrichtung, so dass der Magnetfluss in Umfangsrichtung nicht behindert wird. Der derart ausgebildete Stator hat demzufolge gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen Vorteile hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und entsprechend auch der Lebensdauer, als auch hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschaften.
Die Statorzähne bilden radial vorstehende Vorsprünge aus, die in Umfangsrichtung verteilt sind und zwischen den Zähnen sich im Wesentlichen axial erstreckende Nuten zur Aufnahme von Wicklungen ausbilden.
Das bedeutet, dass Statorjoch und Statorzähne separate Bauelemente sind, die zumindest formschlüssig mechanisch fest miteinander verbunden sind.
Die Segmentierung des Stators bietet den Vorteil der Einsparung von Fertigungsmaterial gegenüber herkömmlich gefertigten Statorblechen, die aus einem Vollschnitt realisiert werden, da es weniger Verschnitt bzw. Abfall in der Herstellung der einzelnen Blechelemente gibt. Dies führt des Weiteren zu der Möglichkeit, die Bleche eines Rotors der elektrischen Rotationsmaschine, die den Stator umfasst, aus einem anderen, kostengünstigeren Blechmaterial zu fertigen.
Insbesondere kann dabei ein jeweiliger Statorzahn durch wenigstens ein Zahn-Blechpaket ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann das Statorjoch einen aus helixförmig gewickeltem Bandmaterial gefertigten Jochkörper umfassen. Ein derart gefertigtes Statorjoch kann auch als Slinky - Joch bezeichnet werden.
Die einzelnen Windungen der Helixform liegen dabei entlang der axialen Richtung aneinander an oder sind minimal zueinander beabstandet, so dass sie insgesamt eine Hohlzylinderform ausbilden.
Unter einer Helixform wird hier eine Schraubengangform bzw. Wendel verstanden.
Weiterhin kann ein jeweiliger Statorzahn einen Befestigungsabschnitt aufweisen, der in einem axialen Querschnitt mit einem Einschubprofil profiliert ausgebildet ist, und das Statorjoch kann eine entsprechend hinsichtlich Form und Größe im Wesentlichen komplementär zum Einschubprofil ausgeführte, sich in axialer Richtung erstreckende Aussparung aufweisen, in der der Befestigungsabschnitt formschlüssig aufgenommen ist.
Somit ist ein Formschluss realisiert durch Aufnahme eines jeweiligen radial endseitigen Bereichs eines jeweiligen Statorzahns im Statorjoch.
Die Aussparungen zur Aufnahme der Befestigungsabschnittes sind dabei durch eine entsprechende Form aufweisende Einzel-Aussparungen am bandförmigen Material des Statorjochs ausgebildet, die nach Wicklung in hochkanter Ausrichtung, also um eine Achse, die quer zur Ebene des Bandmaterials verläuft, in Helixform axial hintereinander angeordnet sind und derart sich über die axiale Länge des Jochkörpers ausbildende Aussparungen realisieren.
Eine jeweilige Nut kann sich dabei entlang eines Abschnitts einer Schraubengangform erstrecken bzw. eine solche Form aufweisen. Das bedeutet, dass die Nut eine Form einer Wendel mit sehr geringer Steigung aufweist.
In einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt, insbesondere bei Ausführung des Statorzahns als Blechpaket, wenigstens eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtete Auskragung aufweist, die einen Hinterschnitt ausbildet, wobei ein Abschnitt des Statorjochs diesen Hinterschnitt hintergreift, und wobei ein im Umfangsrichtung endseitiger Bereich der Auskragung eine Presspassung mit der Aussparung ausbildet. Der endseitige Bereich der Auskragung kann dabei eine umfangsseitige und der radialen Innenseite zugewandte Begrenzungskante der Auskragung sein, die durch die einzelnen Bleche des Zahn-Blechpakets gebildet ist. Dadurch wird insgesamt eine verspannte formschlüssige Verbindung realisiert, die einen jeweiligen Statorzahn mit dem Statorjoch verbindet.
Weiterhin kann der Statorzahn entlang der radialen Richtung einer jeweiligen Auskragung gegenüberliegend eine Schulter ausbilden, die an einer radialen Innenseite des Statorjochs anliegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass es hier einen breiten Flächenkontakt zwischen Statorjoch und Schulter des Statorzahns gibt, so dass der betreffende Statorzahn durch eine Abstützfläche abgestützt ist.
Die Schultern bzw. Kontaktflächen können in Bezug zueinander in einem Winkel angeordnet sein, der kleiner ist als 180°. Entsprechend sind auch Abstützflächen am Statorjoch hinsichtlich des Winkels komplementär ausgeführt. Diese winklige Anordnung der genannten Flächen weist den Vorteil auf, dass dadurch aufgrund der von den endseitigen Bereichen der Auskragungen aufgebrachten Druckkräfte der betreffende Statorzahn eine Zentrierung an der gewünschten Umfangsposition und eine gewünschte Ausrichtung automatisch bei der Montage des Statorzahns erfährt. In vorteilhafter Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen den genannten Flächen zwischen 120° und 160°.
Aufgrund dessen, dass zwischen dem endseitigen Bereich der Auskragung und der Aussparung eine Presspassung vorgesehen ist, ist vor Einschub des Befestigungsabschnittes des Statorzahns in die Aussparung ein radialer Abstand zwischen dem endseitigen Bereich der Auskragung und der Schulter geringer als nach Einschub des Befestigungsabschnittes des Statorzahns in die Aussparung, da aufgrund der Presspassung die Auskragung veranlasst ist, sich nach radial außen zu verformen.
Zwecks Realisierung einer kraftschlüssigen Verbindung kann im montierten Zustand eines jeweiligen Statorzahns im Statorjoch die Auskragung mit einer elastischen Rückstellkraft gegen das die Aussparung ausbildende Material des Statorjochs drücken.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich im bzw. montierten eingeschobenen Zustand des Statorzahns die Auskragung bereits plastisch verformt hat und mit einer elastischen Rückstellkraft als Druckkraft gegen das die Aussparung ausbildende Material des Statorjochs drückt.
Dieser Druckkraft entgegen wirkt eine Abstützungskraft, die von der Schulter entgegengesetzt auf das die Aussparung ausbildende Material aufgebracht wird. Entsprechend ist gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die Auskragung elasto-plastisch beansprucht ist.
Die elastischen Rückstellkräfte werden bei als Blechpakete ausgeführten Statorzähnen insbesondere aus einer Biegeverformung der einzelnen Bleche des Blechpakets realisiert, die sich bei der Montage leicht aus der Ebene ihrer Anordnung erstrecken und dadurch ihre Erstreckungen in der Ebene ihrer Anordnung leicht verringern. Die biegeelastischen Rückstellkräfte wirken somit anteilig in der Ebene der Anordnung der jeweiligen Bleche im Wesentlichen in radialer Richtung auf das Statorjoch.
Der Befestigungsabschnitt kann zwei im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Auskragungen aufweisen.
Derart bildet in einer Ausführungsform der Befestigungsabschnitt im Querschnitt im Wesentlichen das Profil eines Pfeils aus, mit einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden endseitigen Bereichen der Auskragungen, die jeweils eine Presspassung mit der Aussparung ausbilden.
Entsprechend sind in dieser Ausführungsform auch zwei Schultern vorgesehen, mit denen die Gegenkräfte auf das die Aussparung ausbildende Material aufgebracht werden. Durch die spiegelsymmetrische Ausgestaltung weisen die gegenüberliegenden endseitigen Bereiche der Auskragungen entlang der Umfangsrichtung einen relativ großen Abstand zueinander auf, sodass der betreffende Statorzahn über ein Hebelpaar im Statorjoch gesichert ist.
In dieser pfeilförmigen Ausführungsform sind die nach radial außen gerichteten Begrenzungsflächen des Statorzahns zueinander winklig bzw. in Dachform ausgerichtet und weisen ebenfalls einen Winkel von weniger als 180° zueinander auf. Auch diese Ausführungsform erleichtert eine Zentrierung des Statorzahns sowie seine optimale Ausrichtung. Zudem wird dadurch die Höhe des Bandmaterials, welches helixförmig gewickelt den Jochkörper des Statorjochs ausbildet, jeweils lokal reduziert und dadurch geschwächt, was die Biegung des Bandmaterials und demzufolge auch die Fertigung des Statorjochs deutlich vereinfacht.
Insbesondere kann der Befestigungsabschnitt ein Schwalbenschwanzprofil aufweisen. Die Endbereiche des Schwalbenschwanzprofils bilden die endseitigen Bereiche der Auskragungen aus, mit denen jeweils eine Presspassung mit der Aussparung realisiert wird.
Durch das Schwalbenschwanzprinzip können radiale Kräfte optimal aufgenommen werden und es kann in einfacher Weise eine Momentenabstützung im Betrieb realisiert werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bis auf den endseitigen Bereich der Auskragung und die Schulter der Befestigungsabschnitt von dem die Aussparung ausbildenden Material durch einen Spalt beabstandet ist.
Ein derartiger Spalt erleichtert die Montage des Statorzahns bei auftretenden Fertigungstoleranzen am Statorzahn und/oder am Statorjoch.
Des Weiteren kann der Stator einander entlang der Umfangsrichtung benachbarte Statorzähne miteinander verbindend ein Kunststoffelement aufweisen, welches zumindest über einen axialen Abschnitt des Stators eine radiale Begrenzung des Stators ausbildet und die Nuten im Wesentlichen flüssigkeitsdicht in radialer Richtung abschließt.
Das bedeutet, dass die Statorzähne an ihrer radialen Innenseite nicht elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, sondern über ein Kunststoffelement mechanisch miteinander verbunden sein können, welches elektrisch nicht leitfähig ist.
Durch das Kunststoffelement ist es möglich, die Statornuten radial abzudichten, ohne dass ein Luftspalt zwischen den elektrisch wirksamen Komponenten des Stators und dem Rotor zu groß wird.
In den Nuten befinden sich Wicklungen des Stators.
Dabei können sich die Statorzähne vom Statorjoch nach radial innen erstrecken, so dass das Kunststoffelement zumindest an den Nuten eine radiale Innenbegrenzung des Stators ausbildet, wobei sich das Kunststoffelement weiter nach radial innen erstreckt als die Statorzähne, so dass das Kunststoffelement eine radiale Innenbegrenzung des Stators ausbildet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Kunststoffelement an der radialen Innenseite eine Hohlzylinder-Form ausbildet.
In einer weiteren oder ergänzenden Ausführungsform können sich die Statorzähne vom Statorjoch nach radial innen erstrecken, so dass das Kunststoffelement zumindest an den Nuten eine radiale Innenbegrenzung des Stators ausbildet, wobei sich das Kunststoffelement weiter nach radial außen erstreckt als die radialen Innenseiten der Statorzähne.
Das bedeutet, dass sich das Kunststoffelement bis in die Nuten hinein erstreckt, sodass es auch in einem radialen Endbereich der Statorzähne bereichsweise an Zahnflanken der Statorzähne anliegt und die Statorzähne an diesen inneren radialen Endbereichen seitlich umgibt.
Das Kunststoffelement ist somit auch zwischen den Statorzähnen ausgebildet. Dabei kann ein den radialen Abschluss eines Statorzahns ausbildendes Zahnende mit Hinterschnitt Hinterschneidung ausgeführt sein, welche in radialer Dichtung mit einem Bestandteil des Kunststoffelements ausgefüllt ist.
Beispielsweise kann eine solche Hinterschneidung durch ein Schwalbenschwanzprofil des Zahnendes ausgebildet sein.
Insbesondere kann der Stator derart ausgebildet sein, dass das Kunststoffelement an die Statorzähne angespritzt ist.
Die Dicke des Kunststoffelements in diesem Bereich, der sich in die Nuten hinein erstreckt, kann dabei das 3 bis 8-fache der Dicke des Kunststoffelements an der radialen Innenseite eines Statorzahns betragen.
Das Material des Kunststoffelements kann in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Duroplast sein. Dies soll allerdings auch eine vorteilhafte Verwendung anderer Werkstoffe, wie zum Beispiel Thermoplaste, nicht ausschließen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kunststoffelement mit einem axialen Überstand axial länger ist als die Statorzähne. Diese Ausführung dient einer vorteilhaften axialen Abdichtung des vom Stator umschlossenen Raums, der zur Aufnahme eines Rotors vorgesehen ist. Hier kann eine Dichtung, wie zum Beispiel ein O-Ring auf einem axial vorstehenden Absatz des Kunststoffelements angeordnet werden, der andererseits dichtend mit einem Deckel zusammenwirkt.
Die Dicke des Kunststoffelements an der radialen Innenseite einer betreffenden Nut beträgt beispielsweise 0,2 mm, maximal 0,5 mm. Diese Maße gelten insbesondere bei einem Außendurchmesser des Stators von 200-250, insbesondere bei 220 mm; und/oder bei einer Nutbreite, in Umfangsrichtung gemessen, von 4,5-5,5 mm, insbesondere bei 4,9 mm.
Die Dicken sind derart gering bemessen, dass ein Luftspalt zwischen dem Stator und den Rotor nicht oder nur unwesentlich gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen vergrößert ist.
Weiterhin kann sich das Kunststoffelement von den den jeweiligen radialen Abschluss eines Statorzahns ausbildenden Zahnenden als Beschichtung von Zahnflanken der Statorzähne in die von den Nuten ausgebildete Räume erstrecken.
Das bedeutet, dass hier die jeweilige Nut im Wesentlichen als Hohlraum frei bleibt, und lediglich in Umfangsrichtung beidseitig durch dünne Wandabschnitte des Kunststoffelements begrenzt ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin, dass einzelne, einen jeweiligen Statorzahn ausbildende Bleche lose gestapelt werden können und nach Anordnung in Statorjoch mittels des Kunststoffelements fixiert werden können. Auf diese Weise kann auf die Aufbringung bzw. Verwendung von Backlack bezichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kunststoffelement zumindest an einer axialen Seite des Stators die Statorzähne axial bereichsweise bedeckt.
Diese axiale Bedeckung kann gleichzeitig mit einer Urformung des Kunststoffelements an der radialen Innenseite der Statorzähne erfolgen.
In einer derartigen Ausführungsform ist es dann nicht mehr zwingend erforderlich, das Statorblechpaket mit Backlack axial zu verkleben. Dabei kann gegebenenfalls auch ein axial angeordneter Deckel zumindest bereichsweise von Kunststoffelement bedeckt bzw. gehalten werden.
Entsprechend übernimmt das Kunststoffelement hier eine tragende Funktion und sichert die axiale Stabilität. Des Weiteren lässt sich dadurch die Montage vereinfachen, indem zunächst einzelne Bleche lose gestapelt werden und dann mit einer Kunststoffschicht umspritzt werden.
Das Kunststoffelement erleichtert die Montage der Wicklungen des Stators, da hier in einfacher Weise zunächst die Wicklungen auf die Statorzähne von radial außen aufgewickelt werden können, und dann die Einheit aus Wicklungen und Statorzähnen axial in das Statorjoch eingeschoben werden kann.
Entsprechend erleichtert das Kunststoffelement auch die Herstellung der mechanischen Verbindung des Statorjochs mit den Statorzähnen, da das Kunststoffelement die kontaktierten Bauelemente relativ zueinander positioniert und in dem dadurch hergestellten Verbund Stabilität verleiht.
Alternativ könnten auch einzelne Statorzähne an ihren radial inneren Endbereichen verklebt werden, um den dichten Raum in der Nut zu realisieren und die Montagewerkzeuge für die Montage der Wicklungen und für die Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen Statorjoch und Statorzähnen zu vereinfachen, da einzelne Statorzähne auch dadurch bereits in der notwendigen sternförmigen Ausrichtung positioniert wären.
Weiterhin kann am oder im Befestigungsabschnitt eines Statorzahns ein die Bleche des Statorzahns verbindender Kunststoffverbinder angeordnet sein.
Ein solcher Kunststoffverbinder kann auch als Kunststoffkragen bezeichnet werden.
Dieser Kunststoffverbinder kann ein integraler Bestandteil des Kunststoffelements sein, wobei hier eine Verbindung zwischen dem radial inneren Abschlussbereich des Kunststoffelements und diesem Kunststoffverbinder über die axiale Stirnseite des betreffenden Statorzahns realisiert ist. Kunststoffverbinder stabilisiert das einen jeweiligen Statorzahn realisierende Blechpaket und verteilt entsprechend auftretende Spannungen.
Dabei muss ein derartiger Kunststoffverbinder nicht den gesamten Befestigungsabschnitt eines Statorzahns umgeben, sondern kann lediglich streifenförmig ausgeführt sein, sodass noch wenigstens ein Spalt zwischen Befestigungsabschnitt und Statorjoch besteht, der gegebenenfalls auch zur Führung eines Kühlmittels dient, oder lediglich ein wärmeisolierender Luftspalt ist.
An wenigstens einer der radial abgedichteten Nuten kann ein Kühlmittelanschluss angeschlossen sein, zwecks Zuführung von Kühlmittel in diese Nut und dort vorhandene Wicklungen des Stators.
Bei einer Herstellung eines beschriebenen Stators wird ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch mit in Umfangsrichtung verteilten, vom Statorjoch ausgehenden und in einer ersten Erstreckungsrichtung sich radial erstreckenden sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung sich axial erstreckenden Statorzähnen zur Verfügung gestellt, die zwischen sich mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten zur Aufnahme von Wicklungen aufweisen, wobei mittels Kunststoffspritzen ein Kunststoffelement derart an den Statorzähnen angeordnet wird, dass es zumindest über einen axialen Abschnitt des Stators eine radiale Begrenzung des Stators ausbildet und die Nuten im Wesentlichen flüssigkeitsdicht in radialer Richtung abschließt.
Weiterhin können Bleche des Zahn-Blechpakets und/ oder das Bandmaterial des Jochkörpers mit ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung aus gewalzten Blechen gefertigt sein, wobei die Längserstreckungsrichtung eines jeweiligen Statorzahns und/oder des Bandmaterials entlang der Walzrichtung ausgerichtet ist.
Die Längserstreckungsrichtung eines Statorzahns verläuft dabei in radialer Richtung. Durch die Anpassung der Längserstreckungsrichtung an die Walzrichtung verläuft die Walzrichtung sowohl in den Statorzähnen als auch im Statorjoch im Wesentlichen entlang des Magnetflusses, sodass der Magnetfluss weniger gestört wird als in anderer Ausrichtung der Walzrichtung, sodass insgesamt damit ein Beitrag zur Steigerung der Effizienz einer mit dem erfindungsgemäßen Stator ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine geleistet wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zu Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, bei dem ein Jochkörper aus Bandmaterial helixförmig gewickelt wird und derart ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch zur Verfügung gestellt wird, mehrere Statorzähne zur Verfügung gestellt werden, und die Statorzähne in Umfangsrichtung verteilt und vom Statorjoch ausgehend und in einer ersten Erstreckungsrichtung sich radial erstreckend sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung sich axial erstreckend am Statorjoch formschlüssig und kraftschlüssig angeordnet werden, so dass sich zwischen den Statorzähnen mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten zur Aufnahme von Wicklungen ausbilden.
Das Statorjoch bzw. dessen Bleche werden also nicht mehr aus einem Vollschnitt gestanzt. Das Statorjoch wird aus einem Flachbandelektroblech hochkant gewickelt wie eine helixförmige Spirale bzw. Slinky.
Damit die Windungen des helixförmig gewickelten Bandmaterials in den beabsichtigten Positionen fixiertbleiben, können die Windungen am radialen Aussenrand des Statorjochs entlang der Umfangsrichtung und/oder entlang der axialen Richtung verschweißt werden. Auch eine Verbindung oder ein Stanzpaketieren zur Ausbildung von axial ineinandergreifenden Formelementen der Windungen kann zusätzlich oder alternativ ausgeführt werden.
Vor der Montage am Statorjoch können die Bleche, die die Statorzähne ausbilden, axial mittels Backlack miteinander verbacken werden, um ein Paket aus einzelnen Blechen auszubilden. Alternativ oder zusätzlich können die Bleche auch stanzpaketiert werden, sodass sie entlang der axialen Richtung Vorsprünge bzw. Formelemente ausbilden, die ineinander zumindest formschlüssig eingreifen.
Das Verfahren zu Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine kann dabei derart ausgeführt werden, dass die Statorzähne vor Fixierung am Statorjoch in radialer Ausrichtung positioniert werden und mit Leitungsmaterial umwickelt werden, und danach die Fixierung der umwickelte Statorzähne am Statorjoch erfolgt.
Die radiale Ausrichtung ist dabei insbesondere eine Ausrichtung in Sternform, in der die Statorzähne bereits in den Winkeln angeordnet sind, in denen später auch die Fixierung am Statorjoch vorgesehen ist. In dieser Ausrichtung werden die Statorzähne mittels eines Montagewerkzeugs gehalten, und werden von der radialen Außenseite mit Leitungsmaterial umwickelt.
Dies erleichtert wesentlich die Montage bzw. Anordnung der Wicklungen, die auch als Drahtmatte bezeichnet wird, da bei der Montage der Wicklungen von radial außen wesentlich mehr Platz in den Zwischenräumen zwischen den Statorzähnen, also in den Nuten, zur Verfügung steht als bei einer Montage von radial innen.
Des Weiteren kann dadurch der Abstand zwischen den radialen Innenseiten bzw. Endbereichen der Statorzähne entlang der Umfangsrichtung sehr geringgehalten werden.
Insbesondere können die Statorzähne an ihren Innenseiten so dicht aneinander positioniert werden, dass sie 70% bis 90 % der durch die Statorzähne ausgebildeten radial inneren Begrenzung des Stators ausbilden. Entsprechend machen die Abstände zwischen den Statorzähnen nur noch 10% bis 30 % radial inneren Begrenzung des Stators aus.
Dies wirkt sich vorteilhaft aus hinsichtlich der Unterbindung von DrehmomentSchwankungen, der Verringerung von akustischen Immissionen sowie zur Erhöhung des Gesamt-Wirkungsgrades einer mit dem Stator ausgerüsteten elektrischen Rotationsmaschine. Zudem besteht ein geringerer Bedarf hinsichtlich Produktionsmittel zur Positionierung und Bewegung der Wicklungen bei einer Montage von der radialen Innenseite.
Die Fixierung der Statorzähne am Statorjoch erfolgt durch axiales Einführen bzw. Einpressen der Statorzähne in dafür vorgesehene Aussparungen im Statorjoch. Durch eine Hinterschnittverbindung zwischen einem jeweiligen Statorzahn und dem Statorjoch werden die Statorzähne in radialer Richtung fixiert.
Letztendlich kann aufgrund dieser Vorgehensweise auch ein kleinerer Luftspalt zwischen der radialen Innenseite des Stators und einem dazugehörigen Rotor realisiert werden, da keine bauraumintensiven Vorrichtungen genutzt werden müssen, um die Wicklungen von der radialen Innenseite an den Statorzähnen anzuordnen. Die Wicklungen verlaufen in axialer Richtung parallel zueinander, sodass sie Wicklungspakete ausbilden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform dieses Verfahrens ist es, einzelne Zahnbleche vorerst lose in Sternanordnung in Stapeln anzuordnen und anschließend mit Kunststoff zu umspritzen. Die Zahnpakete können somit am radialen Innenrand mechanisch, aber nicht elektromagnetisch miteinander verbunden werden. Auch verbackene oder stanzpaketierte Blechpakete können zusätzlich noch umspritzt werden und am Innenrand miteinander verbunden werden.
Die Kunststoffverbindung hält die einzelnen Zahnbleche axial fest zusammen. Dies ermöglicht es, keinen oder nur wenig Backlack zur Fixierung der Bleche einzusetzen. Zudem wird durch die Fixierung mittels dem Kunststoffelement der Montageprozess der Wicklungen einfacher bzw. es werden weniger oder einfachere Werkzeuge dafür benötigt, da die Zähne durch das Kunststoffelement in Umfangsrichtung positioniert sind.
Die vom Kunststoffelement an der radialen Innenseite ausgebildete Kunststoffschicht bietet eine elektrische Isolationsschicht zwischen Wicklungen und Elektroblech vom Stator. Dies ermöglicht es, auf eine zusätzliche Isolationsschicht, wie zum Beispiel Isolationspapier, zu verzichten oder weniger davon einzusetzen.
Zudem wird erfindungsgemäß eine elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, die einen erfindungsgemäßen Stator aufweist sowie wenigstens einen Rotor, der radial innerhalb eines vom Stator umgrenzten Raum angeordnet ist.
Diese elektrische Rotationsmaschine kann des Weiteren eine Kühlmittel-Bereitstellungseinrichtung aufweisen, die strömungstechnisch mit einem oder mehreren Kühlmittelanschlüssen verbunden ist.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

1: der Stator in axialer Ansicht ohne Wicklungen,
2: der Stator in axialer Ansicht mit einer Seite in herkömmlicher Ausführungsform und einer Seite in erfindungsgemäße Ausführungsform,
3: der Stator in axialer Ansicht mit Wicklungen,
4: der Bereich der Befestigung eines Statozahns in axialer Ansicht,
5: der Bereich der Befestigung eines Statozahns in axialer Ansicht mit Kontaktzonen,
6: Bandmaterial des Statorjochs beim Biegen,
7: das in Helixform gebogene Bandmaterial,
8: ein einzelner Statorzahn in axialer Ansicht,
9: ein Stator in perspektivischer Ansicht mit Kunststoffelement,
10: der Stator in axialer Ansicht mit Kunststoffelement,
11: die Schnittansicht des in 10 dargestellten Stators am Schnittverlauf A-A,
12: ein vergrößerter Bereich am Zahnende mit Kunststoffelement,
13: ein radial segmentierter Stator in Schnittansicht mit Kunststoffelement,
14: eine Seitenansicht des Stators mit Kunststoffelement,
15: ein einen Statorzahn ausbildendes Zahn-Blechpaket in perspektivischer Ansicht,
16: ein vergrößerter Bereich am Zahnende mit Kunststoffelement,
17: ein Statorzahn in Schnittansicht mit seitlicher Beschichtung durch das Kunststoffelement,
18: eine perspektivische Ansicht einer axialen Seite des Stators,
19: mehrere Statorzähne einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht, und
20: mehrere Statorzähne einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht.

Zunächst wird der generelle Aufbau des Stators 1 anhand 1 erläutert. Der Stator 1 ist segmentiert ausgeführt. Das bedeutet, dass der Stator 1 an seiner radialen Außenseite durch ein Statorjoch 10 ausgebildet ist, welches im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist. An der radialen Innenseite des Statorjochs 10 sind entlang einer Umfangsrichtung 13 eine Vielzahl von Statorzähnen 20 angeordnet. Diese Statorzähne 20 sind aus mehreren Blechen als Blechpakete ausgeführt und erstrecken sich radial entlang einer ersten Erstreckungsrichtung 14, sowie axial entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung 15. In Umfangsrichtung 13 zwischen den Statorzähnen 20 sind Nuten 21 ausgebildet die der Aufnahme von hier nicht dargestellten Wicklungen dienen.
Die Statorzähne 20 sind mit jeweiligen Befestigungsabschnitten 31 im Statorjoch 10 befestigt. Durch die radiale Ausrichtung der Statorzähne 20 sind deren den jeweiligen radialen Abschluss eines Statorzahns 10 ausbildenden Zahnenden 63 mit einem geringen Abstand 23 zueinander angeordnet.
2 zeigt in axialer Ansicht den Unterschied der segmentierten Ausführungsform des Stators 1 gegenüber einer herkömmlichen Ausführungsform. Auf der linken Seite der Darstellung gemäß 2 ist eine herkömmliche Ausführungsform ersichtlich, die keine Segmentierung zwischen einer radialen Außenseite und einer radialen Innenseite des Stators aufweist.
Die rechte Seite der in 2 ersichtlichen Darstellung ist erfindungsgemäß ausgestaltet und weist demzufolge das radial äußere Statorjoch 10 und die sich davon nach radial erstreckenden Statorzähne 20 auf, die mit ihren Befestigungsabschnitten 31 im Statorjoch 10 fixiert sind. Hier sind ebenfalls Wicklungen 22 ersichtlich, die zwischen den Statorzähnen 20 angeordnet sind.
3 zeigt einen vollständigen Stator 1 gemäß der rechts in 2 dargestellten Ausführungsform. 4 zeigt in vergrößerter Ansicht den Befestigungsabschnitt 31 eines Statorzahns 20. Hier ist ersichtlich, dass der Befestigungsabschnitt 31 als ein Schwalbenschwanzprofil 53 ausgebildet ist. Der Befestigungsabschnitt 31 weist damit ein Einschubprofil 32 auf. Dieses Einschubprofil 32 ist hinsichtlich Form und Größe komplementär zu einer Aussparung 33 im Statorjoch 10 ausgebildet.
Der Befestigungsabschnitt 31 umfasst zwei spiegelsymmetrisch angeordnete Auskragungen 40, die jeweils einen Hinterschnitt 41 ausbilden. Dieser Hinterschnitt 41 wird von einem Abschnitt 42 des Statorjochs 10 hintergriffen, sodass dadurch der betreffende Statorzahn 20 in radialer Richtung fixiert ist.
Ein endseitiger Bereich 43 einer jeweiligen Auskragung 40 bewirkt dabei eine Presspassung bzw. Druckkraft 49 auf den Abschnitt 42 des Statorjochs 10, der den Hinterschnitt 41 hintergreift. Dadurch kommt es neben einem Formschluss auch zu einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen Statorzahn 20 und Statorjoch 10.
Einem jeweiligen einseitigen Bereich 43 radial gegenüberliegend befindet sich jeweils eine Schulter 44, die von dem betreffenden Statorzahn 10 ausgebildet ist. Aufgrund der herrschenden Druckkraft 49 wird diese Schulter 44 gegen die radiale Innenseite 45 des Statorjochs 10 gedrückt.
Hier wird von der Schulter 44 eine der Druckkraft 49 entgegengerichtete Abstützungskraft 50 auf den Abschnitt 42 aufgebracht, der den Hinterschnitt 41 hintergreift.
Es ist hier vorgesehen, dass durch eine große Abstützfläche 47 zwischen der Schulter 44 und dem Abschnitt 42, der den Hinterschnitt 41 hintergreift, ein breiter Flächenkontakt 46 realisiert wird.
Die Schultern 44 sind dabei in einem Schulter-Winkel 48 zueinander angeordnet, der geringer ist als 180°, um eine Selbstzentrierung und optimale radiale Ausrichtung des Statorzahns 10 zu realisieren.
Der Befestigungsabschnitt 31 bzw. dessen Einschubprofil 32 weist an der radialen Außenseite des Statorzahns 20 zwei Begrenzungsflächen 51 auf, die winklig zueinander angeordnet sind. Dadurch entsteht im Wesentlichen ein Pfeil-Profil des Befestigungsabschnittes 31. Der Winkel zwischen den Begrenzungsflächen 51 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ebenfalls geringer als 180°, um auch dadurch eine Selbstzentrierung und optimale radiale Ausrichtung des Statorzahns 10 zu realisieren.
Durch die am Einschubprofil 32 wirkende Druckkraft 49 bzw. die entsprechend von dem Abschnitt 42 des Statorjochs 10, das den Hinterschnitt 41 hintergreift, aufgebrachte Reaktionskraft wird das Einschubprofil 32 in den hier angedeuteten gebogenen Bereichen 55 entlang der dargestellten Pfeile etwas nach radial außen aufgebogen. Dies führt dazu, dass das Einschubprofil 32 mit einem elastischen Verhalten, das in der Druckkraft 49 resultiert, an die Aussparung 33 andrückt und dementsprechend den Kraftschluss realisiert. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass der gebogene Bereich 55 dabei bereits eine plastische Verformung erfahren hat.
Bis auf den Bereich der Wirkung der Druckkraft 49 sowie der Anlage der Schultern 44 sind jedoch zwischen dem Einschubprofil 32 bzw. dem dadurch ausgebildeten Befestigungsabschnitt 31 und der Aussparung 33 im Statorjoch 10 Spalte 54 ausgebildet, die den Wärmeübergang zwischen Statorzahn 20 und Statorjoch 10 verringern können.
Die Einzelheit A in 4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform im Verbindungsbereich zwischen Statorjoch 10 und Befestigungsabschnitt 31. Hier ist eine punktuelle Überhöhung 57 am Statorjoch 10 bzw. dessen Auskragung 40, die den Hinterschnitt 41 ausbildet, ausgeführt. Diese punktuelle Überhöhung 57 am Statorjoch 10 bewirkt in dieser Ausführungsform die Presspassung bzw. Druckkraft 49 auf den Abschnitt 42 des Statorjochs 10, der den Hinterschnitt 41 hintergreift.
5 zeigt zur besseren Verdeutlichung der Bereiche der mechanischen Verbindung noch einmal in axialer Ansicht den im Statorjoch 10 angeordneten Befestigungsabschnitt 31 mit dargestellten Kontaktzonen 56.
6 zeigt Bandmaterial 11, welches einseitig in Reihe angeordnete Aussparungen 33 aufweist. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird dieses Bandmaterial 11 um eine Achse gewickelt, die senkrecht zur Ebene des Bandmaterials 11 verläuft. Dadurch ergibt sich der helixförmige Verlauf, der in 7 dargestellt ist. Bei einer axialen Komprimierung dieser Helixform ergibt sich ein Jochkörper 12, der auch als Slinky bezeichnet wird.
6 stellt des Weiteren dar, dass die Walzrichtung 72 des Bandmaterials 11 auch der Längserstreckungsrichtung 71 des Bandmaterials 11 entspricht. Entsprechend verläuft das Bandmaterial 11 entlang des Magnetflusses im Stator, wodurch magnetische Verluste minimiert werden und die Effizienz des Stators erhöht wird.
8 zeigt in axialer Ansicht einen Statorzahn 20. Auch hier entspricht die Längserstreckungsrichtung 70 des Statorzahns 20 der Walzrichtung 72, sodass der Statorzahn 10 ebenfalls entlang des Magnetflusses ausgerichtet ist.
Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Stators ist in den 9-20 dargestellt. Der hier dargestellte Stator 1 umfasst ein Kunststoffelement 60 welches an der radialen Innenseite der Statorzähne 20 eine radiale Begrenzung des Stators ausbildet und die Nuten 21 an deren radialer Innenseite abschließt. Wie aus 9 ersichtlich ist, bildet somit das Kunststoffelement 60 an der radialen Innenseite eine Hohlzylinder-Form 61 aus.
10 zeigt einen Stator 1 in Schnittansicht, mit dem radial innen angeordneten Kunststoffelement 60, welches die Nuten 21 verschließt. Die hier gezeigte Ausführungsform ist vereinfacht dargestellt, da hier der Stator nicht in radialer Richtung segmentiert ist.
11 zeigt, dass das Kunststoffelement 60 einen axialen überstand 65 ausbilden kann, sodass sich das Kunststoffelement 60 in axialer Richtung weiter erstreckt als die Statorzähne 20.
Wie aus 12 ersichtlich ist, kann ein jeweiliges Zahnende 63 in Umfangsrichtung beidseitig Hinterschneidungen 64 bilden, die von Material des Kunststoffelements 60 hintergriffen werden, um derart das Kunststoffelement 60 in radialer Richtung an den Statorzähnen 20 zu fixieren.
Diese Hinterschneidungen 64 können sich in Umfangsrichtung so weit erstrecken, dass die beidseitig einer Nut 21 vorhandenen Hinterschneidungen 64 zusammen bis zu 60% der Weite der betreffenden Nut 21 überdecken.
Entsprechend ist das Kunststoffelement 60 in den Nuten 21 dicker ausgeführt als im Bereich der Anlage an einem Zahnende 63.
13 zeigt in axialer Schnittansicht einen segmentierten Stator 1 mit radial innen angeordnetem Kunststoffelement 60.
14 zeigt in Seitenansicht, dass das Kunststoffelement 63 eine axiale Bedeckung 67 aufweisen kann, die zumindest teilweise axiale Bereiche der Statorzähne 20 bedecken kann.
15 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Zahn-Blechpaket 30, wobei hier die einzelnen, das Blechpaket ausbildenden Bleche nicht extra dargestellt sind. Dieses Zahn-Blechpaket 30 bildet einen Statorzahn 20 aus.
Eine Zahnflanke 62 des Statorzahns 20 ist in der hier dargestellten Ausführungsform mit einem dünnen Wandabschnitt 66 des Kunststoffelements bedeckt.
16 zeigt in einer vergrößerten Ansicht den Bereich eines Zahnendes 63 mit Kunststoffelement 60. Es ist hier ersichtlich, dass sich das Kunststoffelement 60 auch an der radialen Innenseite des Zahnendes 63 befindet und sich somit weiter nach radial innen erstreckt als das Zahnende 63 selbst. Des Weiteren erstreckt sich das Kunststoffelement 60 aber auch weiter nach radial außen als das Zahnende 63, und erstreckt sich somit in eine betreffende Nut 21 hinein.
Aus 17 wird deutlich, dass das Kunststoffelement 60 auch die dünnen Wandabschnitte 66 ausbildet, die die Zahnflanken 62 bedecken.
18 zeigt in perspektivischer Ansicht eines Ausschnitts noch einmal deutlich den axialen überstand 65, der durch das Kunststoffelement 60 ausgebildet ist, sowie auch die axiale Bedeckung 67, die ebenfalls vom Kunststoffelement 60 ausgebildet ist.
Die 19 und 20 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von Kunststoffelementen 60 an Statorzähnen 20.
Aus 19 ist ersichtlich, dass das Kunststoffelement 60 auch axiale Bedeckungen 67 der Statorzähne 20 realisiert. Gemäß der Ausführungsformen in 20 sind die axialen Seiten der Statorzähne 20 nicht durch das Kunststoffelement 60 bedeckt.
In der Ausführungsform gemäß 19 bildet das Kunststoffelement 60 Kunststoffverbinder 68 aus, die sich axial an den Begrenzungsflächen 51 des Befestigungsabschnittes 31 erstrecken und die einzelnen Bleche des Zahn-Blechpakets 30 verbinden. Diese Kunststoffverbinder 68 sind als Beschichtungen auf den Begrenzungsflächen 51 ausgeführt.
In der Ausführungsform gemäß 20 sind die Kunststoffverbinder 68 als separate Elemente ausgeführt und in Vertiefungen im Befestigungsabschnitt 31 angeordnet, sodass sie eine größere Dicke haben als in der in 19 dargestellten Ausführungsform.
Mit dem hier vorgeschlagenen Stator wird eine Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, der eine einfache und kostengünstige Montage mit einer langen Lebensdauer vereint.
Bezugszeichenliste

1: Stator
10: Statorjoch
11: Bandmaterial
12: Jochkörper
13: Umfangsrichtung
14: erste Erstreckungsrichtung
15: zweite Erstreckungsrichtung
20: Statorzahn
21: Nut
22: Wicklung
23: Abstand
30: Zahn-Blechpaket
31: Befestigungsabschnitt
32: Einschubprofil
33: Aussparung
40: Auskragung
41: Hinterschnitt
42: Abschnitt
43: endseitiger Bereich der Auskragung
44: Schulter
45: radiale Innenseite des Statorjochs
46: breiter Flächenkontakt
47: Abstützfläche
48: Schulter-Winkel
49: Druckkraft
50: Abstützungskraft
51: Begrenzungsfläche
52: Winkel
53: Schwalbenschwanzprofil
54: Spalt
55: gebogener Bereich
56: Kontaktzone
57: punktuelle Überhöhung
60: Kunststoffelement
61: Hohlzylinder-Form
62: Zahnflanke
63: Zahnende
64: Hinterschneidung
65: axialer Überstand
66: dünner Wandabschnitt des Kunststoffelements
67: axiale Bedeckung
68: Kunststoffverbinder
70: Längserstreckungsrichtung des Statorzahns
71: Längserstreckungsrichtung des Bandmaterials
72: Walzrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 209844658 U [0008]
DE 1488682 A1 [0009]
DE 102018110613 A1 [0011]
DE 102018110615 A1 [0012]
DE 10201611225 A1 [0016]

Claims

Stator (1) einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch (10) und in Umfangsrichtung (13) verteilte, vom Statorjoch (10) ausgehende und in einer ersten Erstreckungsrichtung (14) sich radial erstreckende sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung (15) sich axial erstreckende Statorzähne (20), sowie zwischen den Statorzähnen (20) mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten (21) zur Aufnahme von Wicklungen (22), wobei der Stator (1) in radialer Richtung in Statorjoch (10) und Statorzähne (20) segmentiert ausgeführt ist Statorzahnund ein jeweiliger Statorzahn (20) formschlüssig und kraftschlüssig am Statorjoch (10) fixiert ist.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Statorzahn (20) durch wenigstens ein Zahn-Blechpaket (30) ausgebildet ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorjoch (10) einen aus helixförmig gewickeltem Bandmaterial (11) gefertigten Jochkörper (12) umfasst.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Statorzahn (20) einen Befestigungsabschnitt (31) aufweist, der in einem axialen Querschnitt mit einem Einschubprofil (32) profiliert ausgebildet ist, und das Statorjoch (10) eine entsprechend hinsichtlich Form und Größe im Wesentlichen komplementär zum Einschubprofil ausgeführte, sich in axialer Richtung erstreckende Aussparung (33) aufweist, in der der Befestigungsabschnitt (31) formschlüssig aufgenommen ist.
Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (31) wenigstens eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtete Auskragung (40) aufweist, die einen Hinterschnitt (41) ausbildet, wobei ein Abschnitt (42) des Statorjochs (10) diesen Hinterschnitt (41) hintergreift, und wobei ein im Umfangsrichtung (13) endseitiger Bereich der Auskragung (40) eine Presspassung mit der Aussparung (33) ausbildet.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorzahn (20) entlang der radialen Richtung einer jeweiligen Auskragung (40) gegenüberliegend eine Schulter (44) ausbildet, die an einer radialen Innenseite (45) des Statorjochs (10) anliegt.
Stator nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand eines jeweiligen Statorzahns (20) im Statorjoch (10) die Auskragung (40) mit einer elastischen Rückstellkraft gegen das die Aussparung (33) ausbildende Material des Statorjochs (10) drückt.
Stator nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (31) zwei im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Auskragungen (40) aufweist.
Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (31) ein Schwalbenschwanzprofil (53) aufweist.
Verfahren zu Herstellung eines Stators (1) einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Jochkörper (12) aus Bandmaterial (11) helixförmig gewickelt wird und derart ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch (10) zur Verfügung gestellt wird, mehrere Statorzähne (20) zur Verfügung gestellt werden, und die Statorzähne (20) in Umfangsrichtung (13) verteilt und vom Statorjoch (10) ausgehend und in einer ersten Erstreckungsrichtung (14) sich radial erstreckend sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung (15) sich axial erstreckend am Statorjoch (10) formschlüssig und kraftschlüssig angeordnet werden, so dass sich zwischen den Statorzähnen (20) mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten (21) zur Aufnahme von Wicklungen (22) ausbilden.
Elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen Stator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie wenigstens einen Rotor, der radial innerhalb eines vom Stator (1) umgrenzten Raum angeordnet ist.